3.2. Структура экономики химического производства

Важнейшее значение для оценки экономической эффективности произ­водства имеют такие показатели, кроме вышеперечисленных, как капиталь­ные затраты, себестоимость продукции и производительность труда. Эти по-ка­затели связаны между собой и зависят от структуры экономики химичес­кого производства, в частности, от удельного веса в ней основных и обо­ротных фондов и фонда заработной платы.

Основные фонды представляют собой часть средств производства, ко-то­рая целиком участвует в процессе производства, но потребляется не едино­временно, а в течение многих производственных циклов, перенося свою сто­имость на готовую продукцию по частям. Они делятся на основные произ­водственные и основные непроизводственные фонды.

Основные производственные фонды – это здания и сооружения произ­водственного и вспомогательного назначения, электро- и теплосети, газо-, водо- и паропроводы, аппараты (реакторы, колонны, печи, фильтры, холо­диль­ники и подогреватели и т.д.), машины и оборудование, в т.ч. генераторы, компрессоры, электродвигатели и др., средства контроля и регулирования технологическим процессом, транспортные средства, производственный и хозяйственный инвентарь.

Основные непроизводственные фонды – это объекты, предназначен­ные для обслуживания населения и непроизводственной деятельности пред­приятия, в т.ч. жилые дома, больницы, школы, зоны отдыха и т.д.

Оборотные производственные фонды – это предметы труда, обраща­ющиеся в сфере производства. Это сырье, основные и вспомогательные мате­риалы, энергетические затраты, вода, топливо.

Фонды обращения – это средства, функционирующие в сфере обра­ще­ния. К ним относятся: продукция, готовая к реализации, товары, находящиеся на пути к потребителю и на складах, задолженность, средства расчета.

Заработная плата – мера национального дохода, выплачиваемая в де­нежном эквиваленте работникам производства в соответствии с количеством и качеством их труда. В химическом производстве доля зарплаты в себес­тоимости продукции составляет в России в среднем 4 %, иногда повышаясь на отдельных производствах до 20 % и более. Это зависит, в основном, от уровня технологии, механизации и автоматизации конкретного производства.

Финансовые средства, предназначенные для простого и расширенного производства, характеризуются капитальными затратами.

Капитальные затраты – это сумма всех средств, затраченных на строи-тельство данного цеха, установки или предприятия в целом. Они вклю­чают затраты на приобретение аппаратов, машин, механизмов (активная часть) и на строительство и монтаж объектов (пассивная часть). Эффектив­ность отда­чи капитальных затрат зависит от доли активной части и оценива­ется кри-терием «удельные капитальные затраты», т.е. годовые затраты на единицу выпускаемой продукции, руб./т:

Р = , (3.8)

где К_з – капитальные затраты, руб.;

m – годовая мощность установки, цеха, предприятия, т.

Удельные капитальные затраты снижаются с увеличением мощности установок в соответствии с зависимостью:

Р = a · m^-0,4 . (3.9)

где а – коэффициент, зависящий от типа данного производства.

Например, если единичная мощность установки одного и того же производства возрастает в две раза (т₂ = 2т₁), то отношение капитальных затрат прого и второго варианта составит:

0,5^-0,4 = 0,76,

откуда следует, что удельные капитальные затраты должны в нашем случае снизится в два раза.

Себестоимость продукции – это сумма всех затрат на производство и реализацию единицы производимой предприятием продукции в денежном выражении. Пример структуры себестоимости продукции в химическом производстве, принятой на отечественных предприятиях приведен в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Структура себестоимости химической продукции

Статья расхода	Доля в себестоимости, %
Сырье и основные материалы	57,0
Вспомогательные материалы	6,6
Топливо	1,6
Энергия	8,1
Заработная плата и страхование	11,9
Амортизация оборудования	11,0
Прочие расходы	3,8
Всего	100

Как следует из табл. 3.1, себестоимость товарной химической продукции зависит от многих факторов. Здесь следует добавить, что на величину себестоимости продукции влияет также величина единичной мощности производства в соответствии с зави­симостью

S = a · m^b. (3.10)

где S – себестоимость продукции, руб./т;

m – мощность агрегата (цеха, установки), т;

a, b – коэффициенты, причем b = (–0,2) – (–0,3).

При этом следует отметить, что смысл символов в формулах (3.9) и (3.10) одинаков.

Предположим, что мощность реактора второго поколения больше мощности реактора первого поколения в два раза. Тогда в соответствии с формулой (3.10) следует:

= 0,5^-0,2 = 0,87,

откуда следует, что в этом случае себестоимость может снизиться на 13 %.

Производительность труда – это количество продукции, производи­мой предприятием на одного работника в единицу времени. Для измерения производительности труда используют критерий нормативной трудоемко­сти, под которой понимают затраты труда промышленно-производственного персонала на производство единицы продукции.

Материальный и энергетический баланс химического производства. Все количественные расчеты, выявляющие эффективность производства ба­зируются на материальном и энергетическом балансах. Они составляются на основе материально-потоковых графов, отражающих перемещение и транс­формацию всех материальных участников технологического процесса. В ходе химического процесса происходит непрерывное движение и изменение природы принимающих в нем участие веществ. Поэтому любое химическое производство можно рассматривать как совокупность материальных потоков участвующих в нем компонентов сырья, промежуточных и побочных продуктов, целевого продукта и отходов производства.

Материальный поток – это графическое изображение движения и из­ме­нения веществ, участвующих в химико-технологическом процессе. Мате­ри­альный поток выражают в виде материально-потокового графа (МПГ) процесса, т.е. графической схемы, в котором отражены природа вещества, направление его движения, изменение агрегатного состояния. В МПГ разли­ча­ют «узлы» (аппараты и машины) и «ребра» – перемещающиеся в процессе вещества. На рис. 3.1 показан фрагмент такого материально-потокового графа, изображенного на примере процесса обжига железного колчедана, протекающего в избытке воздуха по реакции:

4FeS₂ +11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂ (3.11)

FeS₂ + П

O₂ + N₂ + SO₂

колчедан обжиговый газ

Печь обжига

О₂ + N₂

Fe₂О₃+ П

воздух огарок

Рис. 3.1. Материально-потоковый граф процесса обжига

железного колчедана

На рис. 3.1 буквой «П» обозначены примеси.

Материальные потоки могут быть трех видов:

- расходящиеся, где число продуктов в результате процесса возрастает;

- сходящиеся, где число продуктов в результате процесса уменьшается;

- перекрещивающиеся, когда число продуктов в процессе не меняется.

На основе анализа материально-потокового графа составляется матери­альный баланс процесса, являющийся базой для дальнейших расчетов.

Материальный баланс – это выражение закона сохранения массы, при­ме­нительно к химико-технологическому процессу: масса веществ, поступив­ших в процесс равна массе веществ, получившихся в результате процес­са: . Статьями прихода и расхода в материальном балансе являются компоненты сырья, возвратное (циркулирующее) сырье, примеси в сырье, целевой продукт, побочные продукты, отходы производства и потери.

m₁ + m₂ + m₃ = n₁ + n₂ + n₃ (3.12)

Материальный баланс составляется на отдельный аппарат или на установку в целом и составляется в единицах массы, отнесенных к единице времени. Результаты расчетов обычно оформляются в виде таблицы. На­при­мер, материальный баланс установки АВТ производительностью 6 млн. т неф­ти в год можно представить так, как показано в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Пример материального баланса химико-технологического процесса

Статьи	Количество, т/год
Приход:
Нефть Газ Вода и соли Всего	5730000 120000 150000 6000000
Расход:
Сухой газ Головка стабилизации Бензин Керосин Дизельное топливо 1-ая масляная фракция 2-ая масляная фракция Гудрон Вода и соли Потери Всего	108000 169200 797400 976200 1016400 636000 684000 1800000 150000 30000 6000000

На основе материального баланса рассчитываются расходные коэф­фи-циенты, определяются размеры аппаратов и рассчитываются оптимальные параметры технологического процесса.

В основе энергетического (теплового) баланса лежит закон сохранения энергии, согласно которому сумма энергий всех видов в замкнутой системе постоянна. Тепловой баланс, как частный случай энергетического, наиболее распространен в химической технологии и записывается так:

= . (3.13)

Статьями прихода и расхода в тепловом балансе являются тепловые эффекты реакций Н, теплоты фазовых переходов, теплосодержание ве­ществ, участвующих в химико-технологическом процессе, теплоты, подво­ди­мые к системе извне и выводимые из процесса и тепловые потери. В кон­кретном технологическом процессе тепловой баланс можно записать так

Н +Q₁ + Q₂ + Q₃ = H₁¹ + Q₂¹ + Q₃¹ + Q₄¹, (3.14)

где индекс (1) относится к статьям расхода.

Теплоты, входящие в тепловой баланс, рассчитываются по известным формулам:

Тепловой эффект химической реакции равен

Н_{реакции} = Н_{продукты реакции} – Н_{исходные вещества} . (3.15)

Теплоту фазовых переходов рассчитывают по формуле

Q = m · q, (3.16)

где q – удельная теплота фазового перехода (испарения, конденсации, раство­рения, кристаллизации);

m – масса вещества.

Подвод и отвод теплоты в системе рассчитывают по формуле

Q = m · C(t_н – t_k), (3.17)

где: m – масса теплоносителя;

C – теплоемкость теплоносителя;

t_н и t_k – начальная и конечная температуры теплоносителя;

и по формуле теплопередачи через стенку

Q = K_т · F (t_т – t_пр) · , (3.18)

где Q – теплота, кДж;

К_т – коэффициент теплопередачи, характеризующий скорость переноса теплоты, кДж/м^{2 .} с ^. К;

F – площадь поверхности теплопередачи, м²;

t_т – температура теплоносителя на входе в аппарат, К;

t_пр – температура продукта на входе в аппарат, К;

– время, с.

Тепловой баланс составляется по результатам материального баланса на единицу производимого продукта или в единицу времени. Данные тепло­вого баланса применяются для расчета расхода теплоносителя или хлад-агента, расчета площадей поверхностей теплообмена и расчета оптимального теплового режима работы аппаратов.